全球快资讯丨利用天然泥粘土降解聚合物聚乙二醇6000，开发新型复合材料

«——【·前言·】——»

(相关资料图)

目前，能源效率已成为全球社会的主要利益之一，因此新世纪的能源挑战迫使科学和工业环境对新型高效材料的发展提出了更高的要求。

根据储能、能源消耗等特殊需要，这些材料比传统的热性能更具有代表性。

本工作是利用天然泥粘土和可生物降解聚合物聚乙二醇6000，开发新型复合材料的第三步，这一步骤对应于所述材料的比热变化的特征，因此为了估算热能吸附量，使用了SHIMATZU-DSC60型差示扫描量热仪。

主要研究结果表明，根据聚乙二醇6000的掺杂，CP的演化以及聚合物在天然粘土基体中的自旋熔化熔，由此构成了材料中储存的比热。

«——【·热处理·】——»

相变材料开始构成一个重要的问题，为新一代建筑材料的发展，将相变材料本身表征为石蜡的几部作品、几种材料的混合物，宏观结合到砖或其他建筑材料中。

或者米在金属形状内进行铬包封以稳定，将相变材料封装到建筑材料中的作用允许在砖块和墙壁中智能地存储能量。

能源可以是太阳辐射等自然能源，也可以是工业炉等人工能源，根据相变材料的熔化温度和比热，将能量储存为潜热。

根据简单的研磨和湿混合工艺，将聚乙二醇6000加入到天然泥基体中，但没有使用任何其他的人工封装，目的是利用聚合物在60°C附近发生吸热转变的能量分布。

因此，必须根据不同的细化参数，说明所使用的泥基体的特性以及在基材中发生的不同的微观或介观转变。

为了定义粘士材料，必须考虑特定的环境或工作领域，如地质学家将其定义为一个分散的粒状域，其中基本粒子必须小于2，将所有的页硅酸盐矿物重新组合在一个更大的类中，不考虑任何大小标准，用“物理层”来表示。

然而，土木工程师和岩土工程师更感兴趣的是由力学特性所表达的宏观行为，如塑性弹性和杨氏模量粘土吸附。

陶瓷学家还有其他的兴趣，他们根据这些材料的同素异形变化来分类。

在热处理过程中，以优化工业陶瓷生产这种材料，无论是否经过热处理，其开发利用的新趋势越来越受到建筑业的重视，以最新的材料取代水泥、混凝土等经典的建筑配套材料。

这种兴趣现在被天然粘土材料的使用所推动，天然粘土材料是丰富的，被认为是低成本的建筑材料，但从另一个角度来看，这些材料可以与经典建筑材料并行不悖，与其他生态材料的粘士的巩固的可能性可能会大大影响后者的机械和热性能。

«——【·材料和方法·】——»

行粘土矩阵的表示感兴趣的样品对应于在本雅里克采石场的费兹东部地区，(图1)出露的中新世粘土。

粘士基材料在陶瓷工业中的重要性在于其可塑性，使最终陶瓷产品在烧制后仍能保持其形状。

图1所示费兹-扎塔地区(摩洛哥中北部)地图和红星所表示的取样地点

XRD分析允许确定粘土中存在的主要结晶元素，图2显示了在原材料上观察到的XRD峰，这些峰对应于高岭石、伊利石(云母)、石英和碳酸钙作为主要的和表观的结晶组分。

根据主要粘土结晶相对应于高岭石(K001在20=123466)和伊利石(1001在20=87994)，其他主要成分对应于石英和方解石，它们以重要的百分比存在。

图2所示，行材料的微观表征(a)通过扫描电镜获得行粘土材料的x射线衍射光谱

图3(c)介绍了制作的具有相同特征的TEM显微镜。

图3c

PEG6000被认为是一种生态聚合物，因此首先选择了PEG6000，其次是根据其亲水性，因此，不需要另外的化学溶剂来破坏单体链之间的连接来增加体系的熵，蒸馏(净化)水可以确保这一作用，生态约束也将得到尊重。

选择PEG6000的另一个原因是测试非离子聚合物对纳米粘土层间空间的影响如PEG6000分子在溶液中的作用。

如果实验结果是合理和充分的，可以采用其他聚合物(或其他聚氧化乙烯或乙二醇)的具体应用。

聚环氧乙烷是一种非离子水溶性合成聚合物[23]251的化学结构为一(CH，CH，一0-)，是目前存在的最简单的水溶性合成聚合物231根据其摩尔摩尔数(毫米<20000克摩尔)聚环氧乙烷是由聚乙二醇设计的。

聚乙二醇具有较高的结晶相率，具有较高的水力和絮凝性能这可能是一个很好的初始选择，因为在水环境中，在阐述阶段必须向体系{粘土、聚合物、水}提供重要的熵。

由于它的低粘度，分子间的相互摩擦将是低的，这是第一个首选的可以通过粘土片间空间来测试聚合物的接受程度。

从以最低的成本制造新材料为目标出发，采用了经典的方法，并做了一些小的修改，与微复合材料的生产有关的第一种精细化方法，相当于简单的研磨和在水溶液中的经典混合。

指定由此产生的材料作为纳米复合材料根据由DRX技术和其他亚甲蓝协议发现的结果，这表明由亚甲蓝所得粘士的饱和度真的取决于添加聚合物的百分比。

微复合材料，研磨干燥方法的结果，提出了一个饱和水平(由亚甲蓝)的粘作为常数，所以微复合材料的纳米结构没有发生改变。

每种工艺均采用不同量的PEG6000，从0.1g PEG6000/6g粘土到0.6g6g粘土，每6g粘土0.1g。

«——【·结果与讨论·】——»

矿物片间距离的多项式建模中找到的结果显示，正是潮湿的方法(在水环境中)影响了片间距离(见下图4所示)。

可以通过干磨方法，片间距离保持不变，使用X初步分析在45kV和40mA下使用铜Ka单色辐射(1=154)进行x射线衍射分析。

根据PEG6000百分比，目前的建模底片间距离的两个相应的矿物，高岭石和伊利石，对每个样品进行了三次测量，以确保结果的重复性，建模采用多项式拉格朗日插值。

在图4报告了根据所采用的挂钩百分比不同的x射线衍射谱图的叠加，第一次采用6次多项式拟合(7个实验点)，这种较高的自由度使得多项式变化剧烈，行为模型不适合实验的演化，因此用一个5度的多项式来减少拟合多项式的自由度。

图4所示，不同PEG6000含量的X射线衍射谱叠加

图5显示的演变底片间距离的伊利石根据PEG6000百分比和图6提出的结果有关的高岭石阶段。

底片间距离的实验距离值用蓝色小圆圈表示，绿线对应于拉格朗日多项式拟合图5和图6的顶部图形)。

图5所示，片间距离(A)伊利石的演化

唯一不会出现建模错误的多项式是一个有6度的多项式，所以这里采用的多项式有5次，呈现为一个相应的建模错误，因此使用公式(1)来估计相应的二次误差:

其中d001是高岭石活伊利石Pi(x)的实验距离：使用每个矿物相的5度拟合多项式估计距离。

图5所示。片间距离(A)伊利石的演化

与伊利石和高岭石有关的3个样品的二次误差的计算由系统(2)给出：

二次误差的值可以忽略不计，因此验证了多项式拟合有关的两种矿物。

图6所示。片间距离(A)高岭石的演化(上图中的蓝线)和相应的模型

对于高岭石和伊利石这两种矿物，可以观察到存在一个与层间距离的演化有关的临界聚合物值。

在这种情况下，这个值与04g聚乙二醇6000/6g粘土相对应。

图6所示。片间距离(A)高岭石的演化(上图中的蓝线)和相应的模型

«——【·热力学解释·】——»

根据热力学解释了聚合物在硅酸盐中的插层，根据该理论，如果在形成过程中吉布斯熔G为负，则可以形成纳米复合材料。

吉布斯自由能变差由下式定义:AG=AH-TAS，其中AH是自由能变差，表示分子间的相互作用，和AS是的变化，与系统的配置变化有关。

从上述关系出发，詹内利斯证明了在纳米粘土片内聚合物的某些部分分离时的熵损失近似由熵的增益来补偿。

这是由于有机分子在插层阶段被释放，形成自由度增加所致，因此吉布斯烩决定了插层是否发生，所以可以通过聚合物和纳米粘土片之间的相互作用来解释熔。

热容量表示物质在第一次热宏观效应测量之前被吸收的能量，对应于相应温度增加1度，它是一种允许估计材料的吸附最大热能的闯值，因此更大的热容量，更大的可能是储存的能量和较低的是温度的演变(增加)。

图7显示了由纯PEG6000吸收的比(质量)功率的演变。

图7所示。纯PEG6000在温度区间[20°C,140°c]的比功率(mw/mg)光谱

热容和熔化温度的估算与曲线的行为有关，曲线左边的凹面表明熔点对应于吸热峰，此温度约为63.29摄氏度。参考书目给出了一个非常接近的值，大约在60°C。

对于比热容，可以用等式(3)近似:

其中:Q(mW/mg)是经验测得的比热功率; (K/min)是热比，在这种情况下等于30°K/min

计算得出:

熔化比能(单位质量熔)可由以下公式计算：

其中对应于熔体转变的开始和结束的近似时间间隔，但由于结果是以离散形式给出的，不能直接计算变换的熵，必须根据高斯积分来估计，根据方程(3):

其中At是时间轴的离散化步骤，等于l，并且是由设备在图8中的每个时间步长At测量的热功率。

图8.熔化热的近似值

计算后，估计的熔化熵为:

玻化转变的估计：前面的曲线，表达的PEG6000的特定功率，也允许估计该聚合物的玻璃化转变。

为此，有义务根据切线来估计对应于玻璃化转变的面积(温度区间)，计算并绘制在图9中(红线和黑线)，因此Tg温度估计为35.31C，与比热等于0.406毫瓦/毫克。

图9.玻璃化过渡点（蓝色星）

«——【·粘土材料的热分析·】——»

图10显示了所用天然粘土的差示扫描量热法分析。

关于比热C的值，可以看到它的值不是恒定的，因此决定放大对材料使用感兴趣的温度范围;让取区间[30°C,60°C]。

图10.行材料（泥灰岩）的DSC。

图11显示了DSC曲线在所采用的温度范围内的局部化。

图11.区间内的DSC曲线[30˚C，60˚C]。

可以看到比热随温度呈线性变化，通过线性回归得到的方程来模拟这种变化：

线性相关系数为R2=0.9966。

作为一个非严格的近似，可以采用一个平均值的C，在这个区间。经过计算发现:

它是一个合理的值，根据图10还显示了吸热峰;功率的最大值表示在140C附近。

根据这个峰对应于粘土的脱水，相应的积水比估计为(图10的红色区域)

根据不同的样品，可以观察到吸热峰的出现随着PEG的不同而有很大的变化，例如：对于较优的绿色曲线，与添加0.1gPEG6000/6g粘土有关，不存在吸热峰聚合物不影响复合材料的宏观热行为。

对于02gPEG6000，吸热峰第一次出现在两个不同的区域:聚合物的熔融发生两次，这可能是由于聚合物在粘土基质中的分散性较差，或者是由于54°C下的局部熔融，58°C下的重结晶和60°C下的另一次熔融

这种现象可能存在与PEG6000的低值有关，受加热的影响很大另一个假设对应于聚合物在第二峰处的崩解。

根据0.4g和0.6g的PEG6000，PEG6000的其他值也呈现同样的行为，对于每6克粘土中03克和06克聚合物，每个样品都清晰地出现独特的吸热峰。

与这些结果相关，从这种定性分析来看，从能量的角度来量化材料之间的差异是很重要的。

功率消耗随着聚合物的加入而增加，这是由于聚合物熔化所需的能量C聚合物分子根据粒子的自由度移动的动能。

PEG6000在材料中的熔化，在图12中的蓝色圆圈根据方程(5)给出了在PEG6000溶入粘土基质时，用高斯和估计的比熔的演化过程。

特定的熔值(蓝色圆圈)的演变可以近似为线性或指数根据聚合物掺杂，这就是为什么决定计算模型，通过回归技术，并根据线性相关系数R2采用最好的一个。

图12所示，在粘土基质中PEG6000的比熔化熔的演变

线性模型由方程(9)和指数模型由方程(10)给出:

现在很清楚的是，线性模型是最优的模型，其中Rexp<r线性。

这一结果与混合物模型非常吻合，该模型预测了复合材料(和液体物质)的熔随组成元素的熔的线性变化而变化。

在相同的方向上，混合模型也根据各组分比例的变化预测比热变化的线性度，因此结果发现完全符合混合模型。

模拟新型复合材料的比热变化在图13中，可以观察到复合材料样品的热交换在这些材料的预期工作温度区间上不稳定;在这种情况下[30°C,60°C]。

这种不稳定的变化与粘土基质部分交换的热量相对应，根据纯粘土的行为，如图10和图11所示。

图13.样品的差示扫描量热法曲线

在表1中，报告了每种材料在[30°C，60°c]温度区间内比热交流(mJ-mg·K-)的变化，因此在该阶段不可能给出与温度无关的比热C的特征值。

表一，样品在时间间隔[30°C,60°c]的比热变化模型

«——【·结论·】——»

研究的主要目标是开发新的生态和低成本的材料，用于建筑工业，制砖，天然隔热涂料等。

为了实现这一目标，采用了本地泥灰混合的PEG6000，差示扫描量热法分析证明了一些微观演变的材料阐述了湿混合，而不是那些阐述了干磨技术。

但与预期相矛盾的是，研磨干燥法制备的样品的热性能发生了最重要的变化，聚合物(PEG6000)的热行为从02mgPEG/6mg粘的浓度明显开始。

对于用湿混合法制作的样品，表示变化很小:材料与行粘土大致相同，因为聚合物链已经嵌入到纳米粘土片中，而且加热对PEG6000的影响也随着纳米尺度的转变而减小。

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